文摘
土壤强度的衰减和土壤入渗特性的变化引起的干湿循环效应产生的降水蒸发过程是诱发边坡不稳定的重要因素。如何考虑土壤强度衰减的影响和水土特征曲线滞后效应对暂态稳定变化的斜率是解决这个问题的关键。本文暂态稳定分析斜坡考虑土壤强度衰减和水土特征曲线滞后进行了基于Geo-Studio。研究结果表明,瞬态的变化引起的边坡安全系数降水蒸发干和湿循环过程有一个总体下降趋势,安全系数与初始状态相比下降了43%。的渗流特征降水蒸发干湿循环有一定的规律性。斜率测量的位置点有更大的影响力的大小孔隙压力变化:坡脚>坡中部>坡。同样,有一个显著的响应滞后孔隙压力随着深度的变化在同一位置。降雨强度有一定的影响的边坡安全系数的变化,但是其影响不明显,当降雨强度超过一定数量。
1。介绍
土壤强度衰减和渗透特性变化引起的湿和干燥周期导致的扰动破坏边坡在降雨条件下工作,和实际项目的损失(1- - - - - -4]。因此,有必要分析干湿循环过程的影响形成的降雨和蒸发在斜坡的稳定性。
湿和干燥周期在两个主要方面影响了土壤的性质。首先,干和湿周期会导致土壤强度的衰减5- - - - - -9]。第二,湿和干燥周期会导致水土特征曲线的变化(10- - - - - -13]。例如,杨和肖9许,et al。8),和李et al。7]研究了膨胀土的强度衰减规律和粘土干和湿循环的作用下,分别。他们得出的结论是,土壤的凝聚力将大大减少的数量的增加湿和干燥周期。内摩擦角的减少相对无关紧要。凝聚力和内摩擦角将稳定在6湿和干燥周期。Zhang et al。12];另一方面,研究工程水土特性曲线的变化引起的干燥和潮湿的周期。预测水土特性曲线的计算方法也提出了。在边坡稳定的研究,Rahardjo et al。14]研究降雨的关系;Satyanaga和Rahardjo15]研究了非饱和土边坡稳定性力学性能;Rahardjo和Satyanaga16边坡的边坡稳定性监测仪器。数值模拟的边坡稳定性考虑湿和干燥周期的影响也被许多学者研究。例如,崔et al。17和李18]研究了干湿循环的影响作用在膨胀土边坡的稳定性和红粘土边坡有限元,分别。高(19周],et al。20.),和李和唐21)进一步探讨了干湿循环作用的影响在膨胀土边坡的稳定性。然而,上述有限元研究只考虑干湿循环的影响土壤的强度衰减不考虑干湿循环的影响土壤的渗透特性。很少有报道的影响暂态稳定的斜坡的影响下对土壤干湿循环的影响强度和渗透性特征全面。
因此,在本文中,为了全面研究湿和干燥周期的影响对边坡稳定性的影响。在长沙边坡工程为例,进行了数值模拟分析,考虑土壤强度变化的影响规律和水土特征曲线斜率的变化对暂态稳定的影响下降雨和蒸发作用[22- - - - - -24]。后续实验将使用边坡监测仪器进行了进一步的研究。
2。有限元模型建立
2.1。计算模型和边界条件
边坡的典型部分项目选择在长沙为例。计算模型如图1。边坡剖面的长度是40.7米。边坡高度是12.3米。
计算模型网格如图2。筛孔尺寸是0.1米。该模型分为3341分和3217辆。边界条件设置在以下方式。和将不透水边界。斜率是设置为蒸发入渗边界和边界。另外,不考虑地下水位的影响。本文中使用的计算模型使用SEEP / W和渗流/ W模块GEO-Studio蒸发降雨边界和边界参数的设定。边界参数设置后,边坡稳定系数的降水蒸发过程可以通过两个模块的耦合计算。同时,不同的材料参数设置模拟土壤参数的变化对不同循环次数。因此,边坡稳定系数的动态变化过程的影响下干和湿周期。
2.2。计算参数
边坡土体的强度参数是由测试来确定初始值决定的。的具体参数值如表所示1。大量研究[9,25,26]表明,土的强度衰减的湿和干燥周期和衰变过程通常表示为一个指数变化。在本文中,土壤的强度拟合指数对不同数量的周期根据李等人的研究成果。7]。不同数量的周期的土壤强度值也从最初的优势在表计算1。具体参数如表所示2。非饱和抗剪强度属性用于本研究在分析设置b角φ。
湿和干燥周期对土壤性质的影响会有滞后效应对土壤的水土特征曲线除了强度衰减。本文使用的结果Zhang et al。(12研究预测水土特征曲线的滞后变化后干和湿周期。使用的水土特性曲线如图不同数量的周期3。水土特征曲线的变化预计将稳定在4th潮湿和干燥周期。因此,本文只考虑四个湿和干燥周期的影响水土特性曲线(27- - - - - -30.]。两个周期后,4th取而代之的是4的水土特征曲线吗th周期。本文描述的不饱和渗透率特征研究了土壤的水土特征曲线。有关研究成果Kristo et al。31日]也引用。
2.3。分析设置
本文使用SEEP / W模块GEO-Studio加上渗漏和蒸发的渗流/ W模块分析。根据长沙的气象数据,4天的降雨和蒸发的6天用作干和湿循环。特定气候参数如表所示3。分析时间一步一步是设置为2小时。为了考虑土壤强度的变化滞后水保衰变特性曲线,本文模拟代替材料层和定义不同的材料的性质。大气影响深度为6米(20.),被认为是改变指数与湿和干燥的循环次数。
3所示。计算结果和分析
3.1。稳定性分析
不同数量的湿和干燥周期的影响边坡的稳定系数如图所示4。从图4可以看出,1圣循环蒸发过程没有对安全系数的影响。2nd4th蒸发过程有一个明确的趋势,以增加其安全系数。此外,安全系数的蒸发阶段5th7th周期反弹后仍显示了一个下降趋势。这个结果的原因可能是由于设置初始孔隙压力值的斜率−200 kPa没有考虑地下水位的影响。因此,降雨入渗蒸发后第一个很小,使安全系数的变化首先蒸发阶段相对无关紧要。2nd4th周期,另一方面,是基于第一个周期,所以蒸发不再受到初始孔隙压力的影响。孔隙压力的变化导致的蒸发阶段土壤的强度,从而增加安全系数。安全系数不断降低的原因在蒸发阶段在5th7th周期反弹后,可能是由于降雨入渗深度的增加周期数量的增加。深层土壤的水分含量大量增加的初始状态。然而,在蒸发阶段水分含量的变化与深度的增加逐渐减弱。因此,在蒸发阶段相反,安全系数会反弹一定数量,然后显示一个下降的趋势。
总的来说,整个边坡安全系数显示下降趋势增加湿和干燥的循环次数。同时,相对于最初的安全系数10.28,7后的安全系数th周期仅为5.9减少近43%。
3.2。渗流分析
总共有9个测定点设置在斜率为了监控渗流过程降水蒸发循环的变化。测量的位置点如图1。图5显示了孔隙水压力的变化曲线在同一深度在不同的位置。从图可以看出5(一个)孔隙水压力的变化,中间,和坡脚1圣到3理查德·道金斯周期几乎是相同的。孔隙水压力在山脚下有一个很大的偏离顶部和坡脚的4th周期。的位置在中间,另一方面,是偏离了山脚下的蒸发阶段6th周期。同时,值的大小变化,坡脚>坡度>中坡的顶端。
(一)
(b)
(c)
从图可以看出5 (b)孔隙水压力的变化在4米深度明显不同于3米深度。在3理查德·道金斯周期,孔隙水压力在山脚下开始偏离,在中间和坡脚。也可以看到,在深度4 m稳定的孔隙水压力,只有在最后的2nd周期。此外,3 m深度基本上是稳定的1圣周期。然而,孔隙水压力的大小的变化,这也是符合的斜率>坡中部>坡。
从图5 (c),可以发现,孔隙水压力变化在6米深度基本上是不变的第一周期完成后。这是在2nd重大变化开始发生的周期阶段。这表明有明显的滞后效应的深层土壤孔隙水压力变化相对于土壤表面。
很容易看到,不同深度的孔隙水压力变化的土层是不一样的,但法治坡脚>坡中部>坡的顶部是一样的大小的变化。同时,深度的滞后效应对孔隙水压力变化与深度逐渐增加。
进一步调查的影响深度变化的孔隙水压力,孔隙水压力的变化曲线在同一位置有不同的深度图6。深度的滞后效应对孔隙水压力的变化可以看到更清晰的图6。同时,这种现象出现在不同的位置。与此同时,它可以从图的分析6不同深度的孔隙水压力变化的斜率收敛基本上只在7th周期。中间的斜率,另一方面,在很大程度上是收敛的蒸发阶段5th周期。山脚下是收敛的最后3理查德·道金斯蒸发。这表明存在显著差异孔隙压力变化的时间稳定在不同的位置。脚下的斜率变化会稳定在一个更早的时间,其次是mid-slope位置和最后top-of-slope位置。
(一)
(b)
(c)
3.3。降雨强度变化对稳定性的影响
为了探讨降雨强度对边坡稳定的影响系数,四个不同的降雨强度(10毫米/ d, 25毫米/ d, 35毫米/ d, 50 mm / d)设置进行分析。计算结果如图所示7。根据图7可以看到,10毫米/ d降雨强度安全系数没有显著的变化在蒸发阶段1圣3理查德·道金斯周期。这主要是由于低强度降雨导致低渗透对初始孔隙水压力的影响,进而允许蒸发阶段受到影响。同时,比较安全系数的变化对不同降雨强度表明,整体安全系数10毫米/ d降雨强度比其余的降雨强度高。同时,不同的降雨强度的安全系数的变化酒吧超过25毫米/ d并不重要。这表明尽管降雨强度的影响安全系数的变化存在,会有安全系数的变化没有显著差异一旦降雨强度超过一定值。这一现象的原因可能是降雨强度不再是由降雨强度,但土壤的入渗能力超过一定规模后,导致融合的安全系数的变化。
4所示。结论
摘要土壤强度衰减的暂态稳定的变化过程和水土特征曲线滞后效应在降水蒸发干和湿周期被数值模拟。基于分析的结果得到以下结论。(1)与湿和干燥的循环次数的增加,边坡土体的强度参数将会不断衰减。的水土特征曲线滞后效应。叠加两个因素将导致整体下降趋势的边坡安全系数和安全系数下降了近43%。(2)降水蒸发干湿循环过程的渗流特征有明显的规律性。斜坡上的计量点的位置有很大的影响对孔隙水压力的大小变化:坡脚>坡中部>坡的顶端。也有一个显著的响应滞后的孔隙压力随着深度增加改变在同一位置。(3)有一定的降雨强度对边坡稳定的影响在潮湿和干燥周期。然而,其影响逐渐降低,收敛随降雨强度的增加。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。
确认
本文中描述的工作完全由湖南省研究生科研创新项目”的资助试验研究雨水渗透稳定进化与膨胀土(不陡峭的斜坡。CX20200841)”和科学研究的主题湖南省级教育部门“试验研究力学性能的变化-土复合由于雨水渗透(18 c1578)。”